СХЕМИ ЗАМІЩЕННЯ ЛІНІЙ ЕЛЕКТРОПЕРЕДАЧІ
Принципово розрахунки електричних мереж базуються на тих же законах, що і розрахунки будь-якій іншій ланцюга змінного струму. Однак специфіка електричних мереж в енергетичних системах така, що безпосереднє використання прийомів розрахунку електричних ланцюгів, відомих з електротехніки, є досить складним.
Отже, виникає об'єктивна необхідність застосувати заміщення реальних електричних мереж їх розрахунковими схемами. У схемах заміщення як власне лінії електропередачі, так і трансформатори (автотрансформатори) замінюють набором активних і реактивних опорів і провідностей. Величини цих опорів і провідностей, очевидно, повинні бути такими, щоб забезпечувати достовірні результати розрахунку режимів електричних мереж і систем.
У більшості випадків можна вважати, що параметри лінії електропередачі або, іншими словами, активні і реактивні опору і провідності рівномірно розподілені по її довжині. Для лінії порівняно невеликої довжини розподіленість параметрів можна не враховувати і використовувати зосереджені параметри: активне Rл і реактивне хл опору лінії, активну gл і реактивну Bл - провідності лінії.
ПОВІТРЯНІ ЛІНІЇ ЕЛЕКТРОПЕРЕДАЧІ
Повітряні лінії електропередачі напругою 110 кВ і вище при довжині до 300 - 400 км зазвичай представляються П-образної схемою заміщення (рис. 2.1).
Активний опір визначається за формулою
де rо - питомий опір, Ом / км (при температурі проводу +20 о С);
l - довжина лінії, км.
Для електричних мереж, виконаних з кольорового металу. при частоті f с = 50 Гц вплив поверхневого ефекту дуже незначно. Тому в розрахунках таких мереж активний опір проводів приймають рівним їх омічному опору (або опору постійному струму).
Визначення активного опору сталевих дротів. застосовуваних для мереж змінного струму, оскільки ці дроти представляють собою феромагнітний матеріал, відрізняється від розрахунків опору проводів з кольорового металу.
Активне питомий опір для сталеалюмінієвих проводів визначається за таблицями залежно від поперечного перерізу. При температурі дроти, відмінною від + 20 ° С, опір лінії уточнюється по відомим з курсу "Електротехнічні матеріали" формулами.
Реактивний опір визначається наступним чином
де x0 - питомий реактивний опір, Ом / км.
Це опір обумовлено змінним магнітним полем, які виникають навколо проводів лінії електропередачі при протіканні по ним змінного струму.
Чим більше відстань між проводами і менше діаметр проводу, тим більше індуктивний опір лінії.
Питомі індуктивні опору фаз повітряної лінії в загальному випадку різні. При розрахунках симетричних режимів використовують середнє значення x0:
де Rпр - радіус проводу;
Dср - середньогеометричні відстань між фазами, яке визначається співвідношенням
де Dab; Dbc; Dca - відстані між проводами відповідних фаз "a", "b", "с".
Для найбільш поширених способів розташування фаз характерно одне з двох (рис. 2.2) їх розміщень.
При розміщенні паралельних ланцюгів на двоколових опорах потокосцепление кожного фазного проводу визначається струмами обох ланцюгів. Відмінність хо одного ланцюга при обліку і не врахуванні впливу іншої ланцюга не перевищує 6% і не враховується при практичних розрахунках.
В ЛЕП при Uн ≥ 330 кВ провід кожної фази розщеплюється на кілька проводів, що відповідає збільшенню еквівалентного радіуса дроти.
У вираженні (2.2) замість Rпр використовується
де rек - еквівалентний радіус проводу;
АСР - середньоарифметичне відстань між проводами однієї фази;
nф - число проводів в одній фазі.
Для лінії з розщепленими проводами останній доданок в (2.2) зменшується в "nф" раз, тобто має вигляд 0,0157 / nф.
Активне питомий опір розщепленої фази визначається так:
де ro, пр - питомий опір дроту даного перетину, визначене за довідковими таблицями.
Для сталеалюмінієвих проводів хо визначається за довідковими таблицями в залежності від перетину, для сталевих - в залежності від перетину і струму.
Цікаво відзначити, що розщеплення проводів фаз в Росії вперше було застосовано в п'ятдесяті роки на ЛЕП Самара - Москва, в кожній фазі якої підвішені три дроти марки АСО - 480 с відстанню між проводами 400 мм. Це дозволило знизити індуктивний опір приблизно на (25-30)%.
Активна провідність відповідає двом видам втрат потужності: від струму витоку через ізолятори і на корону.
Струми витоку через ізолятори малі і втратами потужності в них можна знехтувати.
Явище корони полягає в тому, що, якщо напруженість електричного поля навколо проводів внаслідок прикладеного до них напруги перевищує величину електричної міцності повітря, що дорівнює 21,2 кВ / см (2,12 кВ / мм) при температурі +25 о С, нормальних тиску і вологості, то навколо проводів виникає іонізація повітря, що виявляється у вигляді фіолетового світіння, характерного шиплячого тріска і супроводжується запахом озону.
Іонізація повітря (явище корони) пов'язане з втратами активної потужності. Напруга, при якому виникають втрати на корону, називаються коронним ілікрітіческім напругою корони.
Критичне фазна напруга корони одно:
де mo - коефіцієнт, що враховує стан поверхні проводу; для одно-дротових проводів mo = 0,93 ... 0,98. а для багатодротяних mo = 0,83 ... 0,87;
mn - коефіцієнт, що враховує стан погоди; при сухій і ясній погоді mn = 1; при поганій погоді (туман, іній, ожеледь, дощ, сніжна буря) mn = 0,8;
# 948; = - коефіцієнт, що враховує атмосферний тиск "в" і температуру повітря # 965; ; при в = 76 см. рт. ст. і # 965; = 25 о С коефіцієнт # 948; = 1;
r - зовнішній діаметр проводу (см) (визначається за стандартом на дроти);
D - відстань між осями проводів (см).
Критичне міжфазова напруга корони
Втрати на корону наступають при збігу напруги лінії з критичним напругою корони і зростають у міру збільшення напруги понад критичного.
Тому для з'ясування, чи буде в цій ЛЕП втрата потужності на корону, необхідно підрахувати величину критичного напруження корони і порівняти її з величиною робочої напруги лінії U.
З (2.5) випливає, що найбільш радикальним засобом зниження втрат потужності на корону (по суті, на виключення корони) є збільшення радіусу дроти "r". У зв'язку з цим існують нормативи, що обмежують по мінімуму перетин проводів: на 110 кВ - 70 мм 2; на 150 кВ - 120 мм 2; на 220 кВ - 240 мм 2.
Як вже зазначалося, при U ≥ 330 кВ практикується розщеплення дроти кожної фази на кілька проводів, що відповідає збільшенню еквівалентного радіуса дроти.
Як наслідок, згідно з (2.5), цей прийом викликає збільшення напруги корони і відповідно до (2.7) приводить до зменшення втрат потужності на корону. Ці втрати мають досить високий рівень. Зокрема, для нерозщепленому проводів на ПЛ 330 кВ втрати досягають 2-4 кВт / км, а на ПЛ 750 кВ (навіть при розщепленні фази на п'ять проводів) рівень втрат на корону 9-16 кВт / км.
Що стосується відстані між проводами "D", то, входячи під знак логарифма, воно впливає на коронне напруга незначно. Фізично це пояснюється тим, що при збільшенні діаметра дроту щільність електричного поля біля поверхні проводу зменшується в набагато більшому ступені, ніж від збільшення відстані між проводами.
До того ж збільшення відстані між проводами значно підвищує вартість ЛЕП і для зниження втрат на корону не застосовується.
Величина втрат активної потужності на корону у всіх трьох фазах при напрузі U з частотою fc = 50 Гц визначається за емпіричною формулою
Активна провідність, віднесена до 1км довжини лінії, може бути знайдена з виразу
Формули (2.5) та (2.7) для визначення Uкр, ф і DРк справедливі для ЛЕП з розташуванням проводів трифазної лінії в вершинах рівностороннього трикутника.
При розташуванні проводів в одній площині корона на середньому проводі настає при напрузі на 4% меншому, а на крайніх - на 6% більше, ніж Uкр. підрахована за (2.5) для розташування проводів в вершинах рівностороннього трикутника. Явище корони неприпустимо в ЛЕП не тільки через втрати потужності, які за певних умов можуть досягати відчутних значень, а й з-за викликаються цим явищем корозії дротів, радіоперешкод і шкідливого впливу на проведення зв'язку (тут можна припустити і наявність провідного зв'язку з використанням проводів самої ЛЕП, вважаючи, зокрема, диспетчерський зв'язок через дроти ЛЕП).
У практиці проектування електричних мереж з U ≤ 220 кВ втрати на корону не враховуються. У мережах з U> 330 кВ визначення втрат потужності при розрахунку оптимальних режимів включає в себе і розрахунок втрат на корону.
Ємнісна провідність лінії обумовлена наявністю часткових ємностей у кожного з проводів лінії як до інших проводах, так і до землі (рис. 2.3).
Робоча ємність проводу складається з часткових ємностей і являє собою відношення усієї кількості електрики, що відповідає всім силовим лініям, що виходять від даного проводу, до інших проводах і до землі, до потенціалу цього проводу або, коротше кажучи, ставлення заряду даного проводу до його потенціалу. Поняття робочої ємності справедливо лише для симетричній системи, якою є трифазна ЛЕП з розташуванням проводів в вершинах рівностороннього трикутника при достатній віддаленості проводів від землі.
У несиметричною трифазної ЛЕП поняттям робочої ємності можна користуватися лише за умови, що на лінії здійснений повний цикл транспозиції проводів. При цьому впливом на ємність землі, сусідніх проводів і тросів нехтують.
Ці припущення дають похибку у визначенні робочої ємності повітряних трифазних ліній в найбільш несприятливому випадку не більше 5%, що в більшості випадків допустимо.
У практичних розрахунках ємність повітряної трифазної лінії визначається за формулою:
де Dср і r - відповідно середня відстань між осями проводів і радіус проводу.
Ємнісна провідність лінії "Bл", обумовлена ємностями між проводами різних фаз і ємністю провід-земля, визначається наступним чином
де b0 - питома ємкісна провідність, См / км;
l - довжина лінії, км.
Величина "b0" знаходиться за довідковими таблицями, або за формулою
Наявність ємності проводів викликає в лінії струм, створюваний прикладеним до лінії змінною напругою і відповідно змінним електричним полем, під впливом якого відбувається переміщення електричних зарядів. Цей струм називається ємнісним або зарядним струмом лінії.
Чисельно питома ємнісний - реактивний - струм може бути визначений за формулою
де U - міжфазова напруга, В.
Величина ємнісного струму на одиницю довжини при рівномірно розподіленим ємності (Bо = const) залежить від величини напруги в кожній точці лінії і оскільки напруга змінюється уздовж лінії по величині і по фазі, то також за величиною і фазі змінюється і ємнісний струм.
Однак в практичних розрахунках цією обставиною зазвичай нехтують і замість дійсного напруги приймають номінальну напругу мережі. Ємнісний струм на початку лінії складається з суми одиничних ємнісних струмів і тому ємнісний струм зростає від кінця до початку лінії пропорційно довжині лінії.
Струм ж, обумовлений навантаженням, не залежить від довжини лінії. Так як сумарний струм лінії визначається геометричним складанням в кожній точці лінії струму навантаження і ємнісного струму, то він має величину, що змінюється по довжині лінії.